Winzige Unterschiede in Tau-Proteinen werden durch Informatik sichtbar: Dr. Christoph Schlaffner analysiert über 6 TB Daten mit Algorithmen und Statistik.
Schon mal vom Tau-Protein gehört? Es sitzt in den Zellen unseres Gehirns und Rückenmarks und sorgt unter anderem dafür, dass Signale richtig weitergeleitet werden.
„Problematisch ist es, wenn das Tau-Protein seine normale Funktion verliert. Denn wenn etwas mit ihm falsch läuft, wird es zur klebrigen Vorlage, an die sich andere Kopien dranheften. Irgendwann kann die Zelle damit nicht mehr umgehen und stirbt ab,“ sagt Dr. Christoph Schlaffner.
Darunter leiden dann das Gedächtnis und das Denkvermögen. Bei Alzheimer zum Beispiel gibt es in den betroffenen Zellen die hundertfache Menge an Tau im Vergleich zu gesunden Gehirnzellen. Weil die Zelle das veränderte, verklumpte Tau nicht entsorgen kann, aber trotzdem immer weiter neues Tau produziert.
Tau spielt eine Schlüsselrolle bei neurodegenerativen Erkrankungen, also Krankheiten, bei denen Nervenzellen im Gehirn nach und nach ihre Funktion verlieren und absterben. Fachleute nennen das Tauopathien. Und genau hier setzt die Arbeit von Christoph Schlaffner an, Gruppenleiter am HPI im Fachgebiet Data Analytics and Computational Statistics bei Prof. Dr. Bernhard Renard.
Christoph und sein Team schauen sich Tau auf einer Ebene an, die bisher kaum jemand erreicht hat. Mit einem Verfahren, das sich Massenspektrometrie nennt, kann das Team jedes Protein in einer Probe wiegen und gleichzeitig jede kleine Modifikation erkennen.
Um das verständlich zu machen, benutzt Christoph ein Bild, das hängenbleibt: Tau ist wie ein Kuchen. Das Gen schreibt das Rezept und die Proteine sind der Kuchen selbst. Die kleinen Veränderungen – sogenannte posttranslationale Modifikationen – sind die unterschiedlichen Dekorationen eines Kuchens: Kerzen, Glasur, Streusel. Jede Krankheit verziert den Kuchen anders.
Christoph sucht nach diesen winzigen Unterschieden in der Verzierung. Möglich ist das nur, weil im Hintergrund riesige Datenmengen ausgewertet werden. Über 6 Terabyte an Rohdaten aus der Massenspektrometrie. Erst mit Informatik, Algorithmen und statistischen Methoden lassen sich diese Daten systematisch durchsuchen, Muster erkennen und die entscheidenden Unterschiede sichtbar machen.
„Wir haben erstmal die ganzen verschiedene Dekorationen von Tau erfasst und verglichen – zwischen verschiedenen Krankheiten und mit gesunden Kontrollen. So konnten wir Gemeinsamkeiten innerhalb einer Krankheit finden, die diese Patienten klar von anderen neurodegenerativen Erkrankungen unterscheiden. Diese Merkmale nennt man Marker.“ Mithilfe dieser Marker ist es perspektivisch möglich, auch die jeweiligen Krankheiten schneller zu erkennen.<u> </u>Die Herausforderung? Die Kombinatorik ist gigantisch. Ein Protein kann Hunderte von Modifikationen haben – das führt zu mehr Kombinationsmöglichkeiten, als es Atome im Universum gibt.
Und das auf etwa 20.000 Proteine hochgerechnet, die in unseren Zellen wirken. Christophs Team filtert genau das heraus, was wirklich relevant ist, und schafft damit Datensätze, die bisher weltweit einzigartig sind.
Erst kürzlich konnte er die neuesten Erkenntnisse seines Teams in „Cell“, einer der renommiertesten wissenschaftlichen Fachmagazine weltweit, veröffentlichen. „Für unser Cell-Paper haben wir Daten von 203 Patienten analysiert – das größte Datenset in der Proteomik für neurodegenerative Krankheiten. “
Diese Forschung legt die Grundlage für präzisere Diagnosen und Therapien, die das Fortschreiten der Krankheiten künftig aufhalten könnten.
„Ich liebe, was ich tue, weil ich nicht nur Wissen sammle, sondern Wissen generiere und weitergeben kann. Forschung ist für mich Sharing is caring – es macht einfach Spaß, komplexe Zusammenhänge verständlich zu machen und zu sehen, dass andere die Bedeutung erkennen.“
